К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала
Стаття присвячена перетворенню аналогового сейсмічного сигналу в цифровий код. Перетворення виконано за допомогою мікропроцесора замість сигнального процесора. Це дає змогу здешевіти процес перетворення із збереженням ефективності. This article is devoted to conversion of seismic analog signal to di...
Saved in:
| Published in: | Геофизический журнал |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97370 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала / И.Ю. Михайлик, К.В. Петренко // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 151-153. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859605487446654976 |
|---|---|
| author | Михайлик, И.Ю. Петренко, К.В. |
| author_facet | Михайлик, И.Ю. Петренко, К.В. |
| citation_txt | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала / И.Ю. Михайлик, К.В. Петренко // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 151-153. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геофизический журнал |
| description | Стаття присвячена перетворенню аналогового сейсмічного сигналу в цифровий код. Перетворення виконано за допомогою мікропроцесора замість сигнального процесора. Це дає змогу здешевіти процес перетворення із збереженням ефективності.
This article is devoted to conversion of seismic analog signal to digital code. The conversion is done by means of microprocessor instead of digital signal processor. This makes the data handling cheaper retaining its efficiency.
Статья посвящена преобразованию аналогового сейсмического сигнала в цифровой код. Преобразование выполняется с помощью микропроцессора вместо сигнального процессора. Это позволяет удешевить процесс преобразования при сохранении эффективности.
|
| first_indexed | 2025-11-28T03:25:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
К ВОПРОСУ О ЦИФРОВОМ ПРЕОБРАЗОВАНИИ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКОГО СИГНАЛА
Геофизический журнал № 2, Т. 34, 2012 151
Современное состояние цифровой обра-
ботки сейсмологической информации требу-
ет регистрации сейсмологического сигнала с
амплитудным динамическим диапазоном до
144 дБ. При преобразовании сигнала в циф-
ровую форму с таким высоким динамическим
диапазоном возникает проблема фильтрации
зеркальных частот. Дело в том, что доступный
входной аналоговый фильтр не обеспечивает
достаточной глубины фильтрации при низкой
частоте среза.
Обычно эта проблема решается за счет по-
вышения частоты квантования до 500—2000 Гц.
При этом появляется возможность сконструи-
ровать достаточно эффективный входной ана-
логовый фильтр. Последующая фильтрация и
децимация сигнала выполняется уже в цифро-
вом виде, как правило, с помощью сигнального
процессора. Применение сигнального про-
цессора значительно усложняет конструкцию
преобразователя.
Альтернативой применению сигнального
процессора может быть использование микро-
процессоров общего назначения с интегриро-
ванными арифметически-логическими устрой-
ствами. Их разнообразие и доступность на
украинском рынке радиокомпонентов больше,
а цена в несколько раз меньше.
Для реализации этой идеи был применен
программируемый микроконтроллер фирмы
«ATMEL»—AT89C51ED2 [http://www.atmel.com]
и под его архитектуру разработан алгоритм
конволюционной (FIR) фильтрации, выпол-
няющийся на однобайтовом арифметическом
устройстве в целых числах. При этом размер-
УДК 550.34.03
К вопросу о цифровом преобразовании
сейсмологического сигнала
© И. Ю. Михайлик, К. В. Петренко, 2012
Институт геофизики НАН Украины, Киев, Украина
Поступила 3 августа 2011 г.
Представлено членом редколлегии В. П. Коболевым
Стаття присвячена перетворенню аналогового сейсмічного сигналу в цифровий код. Пе-
ретворення виконано за допомогою мікропроцесора замість сигнального процесора. Це дає
змогу здешевіти процес перетворення із збереженням ефективності.
This article is devoted to conversion of seismic analog signal to digital code. The conversion is
done by means of microprocessor instead of digital signal processor. This makes the data handling
cheaper retaining its efficiency.
ность цифрового отсчета составляет 24 дво-
ичных разряда (3 байта), а размерность звена
фильтра — 16 разрядов (2 байта).
Фильтр рассчитывается по формуле [Smith,
1997]
( )( )sin 2 2
[ ]
2
cf i M
h i K
i M
20,54 0,46cos i
M
, (1)
где h[i] — звено фильтра; fc — частота среза,
выраженная в долях частоты квантования (от
0 до 0,5); M — число звеньев фильтра, которое
вычисляется как 4/BW (BW — крутизна среза);
K — константа, выбранная из условия единич-
ного усиления на нулевой частоте.
Ниже приведен пример вычисления на
персональном компьютере фильтра длиной
1024 звена для выходной частоты квантова-
ния 20 Гц. Такой фильтр при входной частоте
квантования 500 Гц дает временную задержку
около 0,5 с, которую необходимо учитывать
при привязке времени:
Input Sampling rate-500Hz
Output Sampling rate-20Hz
kernel(M)-1024, Fc-8Hz(0,02), BW-2Hz(0.0390625)
calculated by Filter.cpp :
void calc(){
float BW=0.0390625;
float M=40/BW;
float Fc=0.02;
cout<<'\n'<<»M=»<<M<<'\n';
for (i=0;i<=M;i++){
if (i==M/2)filter[i]=2*Pi*Fc; (предотвратить
деление на 0)
И. Ю. МИХАЙЛИК, К. В. ПЕТРЕНКО
152 Геофизический журнал № 2, Т. 34, 2012
else
filter[i]=sin(2*Pi*Fc*(i-M/2))/(i-M/2);
filter[i]*=(0.54-0.46*cos(2*Pi*i/M));
}
}
Полученные значения звеньев фильтра за-
писываются в память микропроцессора и ис-
пользуются при фильтрации. Этот принцип
используется в преобразователе аналог—код
(ADC) автоматической цифровой сейсмоло-
гической станции (АЦСС), разработанной в
Институте геофизики НАН Украины.
Преобразователь состоит из входного ана-
логового фильтра Чебышева 5-го порядка, ин-
тегрального 24-разрядного сигма-дельта (∑–Δ),
аналого-цифрового преобразователя AD 7732
[http://www.analog.com] управляющего микро-
процессора AT89C51ED2.
На ADC поступают следующие сигналы:
синхронизация по времени на вход пре-
рывания микроконтроллера;
команды «выдача данных», «тестовый ре-
жим», «программирование» на линию RS-232;
сигнал сброса.
Трехкомпонентная станция содержит три
одинаковых блока ADC, которые соединены
параллельно. Все команды приходят на все
блоки одновременно. Команда содержит соб-
ственный номер ADC и на нее реагирует толь-
ко соответствующий преобразователь. Для это-
го на плате имеется наборное поле установки
собственного номера.
Частота квантования ADC 7732 составляет
более 512 Гц (период менее 2 мс). Входной
фильтр максимально ослабляет зеркальные
частоты. Микроконтроллер AT89C51ED2 вы-
полняет последующую конволюционную (FIR)
фильтрацию сигнала и децимацию частоты
квантования до 20 Гц. Контроллер может вы-
полнять дополнительную фильтрацию сигнала
с периодом более 300 с для устранения по-
стоянной составляющей (при установке в «1»
константы «Z»).
Особый интерес представляет алгоритм
синхронизации. Как уже было сказано, на
ADC поступают импульсы синхронизации с
частотой 20 Гц. Секундный импульс несколько
длиннее остальных, что позволяет выделить
его из общего потока. Программа непрерывно
подсчитывает реальное число преобразований
AD 7732 в секунду и преобразует его в некую
константу «temp2». Эта константа может из-
меняться в небольших пределах за счет не-
стабильности частоты кварцевого резонатора.
Длина фильтра составляет 1025 точек. Конво-
люция одной точки занимает по времени около
2 с и полученная точка относится к предыду-
щей секунде. Константа «temp2» определяет
время запуска сумматора результата. Таким
образом, обеспечивается теоретическая точ-
ность привязки по времени ±1 мс.
Ниже приведено описание работы преобра-
зователя. Предполагается, что читатель знаком
с устройством и способом программирования
микроконтроллера AT89C51ED2 и интеграль-
Блок-схема программы микроконтроллера.
К ВОПРОСУ О ЦИФРОВОМ ПРЕОБРАЗОВАНИИ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКОГО СИГНАЛА
Геофизический журнал № 2, Т. 34, 2012 153
ного преобразователя ADC 7732.
Программа микроконтроллера содержит
следующие основные подпрограммы:
опроса ADC и фильтрации сигнала «wait»;
обслуживания последовательного порта
«RS-232»;
синхронизации «Sample»;
дистанционной загрузки программы
«BootLoader».
В начальном блоке программы:
по формуле (1) проводится вычисление
коэффициента фильтра;
выполняются все присвоения перемен-
ных и констант;
показаны ссылки на две подпрограммы
обработки прерываний «Sample» и «RS».
Выполнение программы начинается с метки
«MAIN», находящейся по адресу 0030h. При
http://www.analog.com. Datasheet: 2-Channel, ±10V
Input Rang, High throughput, 24 — bit ∑–Δ ADC
— ADC 7732.
http://www.atmel.com. Datasheet: 8-bit Flash Microcon-
troller — AT89C51ED2.
этом выполняются все начальные установки,
сброс ADC, очистка регистров, разрешается
работа с XRAM, запускается внутренний ге-
нератор последовательного порта (BRG), кали-
бруется и запускается интегральный ADC на
частоте преобразования 500 Гц и определяется
собственный номер платы преобразователя
для последующей идентификации. Наконец,
программа останавливается на метке «wait»,
где организован бесконечный цикл.
Такой способ преобразования аналогового
сигнала сейсмодатчика в цифровую форму
позволяет сконструировать недорогой пре-
образователь аналог — код, обеспечивающий
амплитудный динамический диапазон 126 дБ,
теоретическую точность привязки по времени
±1 мс и широкий частотный диапазон.
Список литературы
Smith S. W. The Scientist and Engineer’s Guide to Digi-
tal Signal Processing. — California: Technical Pub-
lishing, 1997. — 640 p.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97370 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3100 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T03:25:34Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Михайлик, И.Ю. Петренко, К.В. 2016-03-27T19:27:35Z 2016-03-27T19:27:35Z 2012 К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала / И.Ю. Михайлик, К.В. Петренко // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 151-153. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0203-3100 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97370 550.34.03 Стаття присвячена перетворенню аналогового сейсмічного сигналу в цифровий код. Перетворення виконано за допомогою мікропроцесора замість сигнального процесора. Це дає змогу здешевіти процес перетворення із збереженням ефективності. This article is devoted to conversion of seismic analog signal to digital code. The conversion is done by means of microprocessor instead of digital signal processor. This makes the data handling cheaper retaining its efficiency. Статья посвящена преобразованию аналогового сейсмического сигнала в цифровой код. Преобразование выполняется с помощью микропроцессора вместо сигнального процессора. Это позволяет удешевить процесс преобразования при сохранении эффективности. ru Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геофизический журнал Научные сообщения К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала До питання про цифрове перетворення сейсмологічного сигналу On the issue of numerical transformation of seismological signal Article published earlier |
| spellingShingle | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала Михайлик, И.Ю. Петренко, К.В. Научные сообщения |
| title | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала |
| title_alt | До питання про цифрове перетворення сейсмологічного сигналу On the issue of numerical transformation of seismological signal |
| title_full | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала |
| title_fullStr | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала |
| title_full_unstemmed | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала |
| title_short | К вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала |
| title_sort | к вопросу о цифровом преобразовании сейсмологического сигнала |
| topic | Научные сообщения |
| topic_facet | Научные сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97370 |
| work_keys_str_mv | AT mihailikiû kvoprosuocifrovompreobrazovaniiseismologičeskogosignala AT petrenkokv kvoprosuocifrovompreobrazovaniiseismologičeskogosignala AT mihailikiû dopitannâprocifroveperetvorennâseismologíčnogosignalu AT petrenkokv dopitannâprocifroveperetvorennâseismologíčnogosignalu AT mihailikiû ontheissueofnumericaltransformationofseismologicalsignal AT petrenkokv ontheissueofnumericaltransformationofseismologicalsignal |